Ficha Técnica do LED Infravermelho de Topo Plano HIR25-21C/L423/TR8 com Altura de 0.8mm - Dimensões 2.0x1.25x0.8mm - Tensão 1.35V - Potência 100mW - Lente Transparente - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O HIR25-21C/L423/TR8 é um díodo emissor de infravermelhos (LED IR) de montagem em superfície (SMD) miniaturizado. É alojado num pacote compacto de dupla terminação com um perfil excecionalmente baixo de 0.8mm, tornando-o adequado para aplicações com restrições de espaço. O dispositivo é moldado em plástico transparente com uma lente de topo plano, que proporciona um padrão de radiação específico. O seu material semicondutor principal é Arsenieto de Gálio e Alumínio (GaAlAs), concebido para um casamento espectral ideal com fotodíodos e fototransístores de silício, garantindo alta eficiência em sistemas de deteção.

O produto foi concebido com uma característica de baixa tensão direta, contribuindo para a eficiência energética global do sistema. Está em total conformidade com os padrões ambientais e de segurança modernos, incluindo ser livre de chumbo (Pb-free), aderir ao regulamento REACH da UE e cumprir os requisitos de isenção de halogéneos (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). O dispositivo é fornecido em fita de 8mm montada em carretéis de 7 polegadas de diâmetro, facilitando os processos de montagem automatizada.

2. Interpretação Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os limites operacionais do dispositivo são definidos sob condições de temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder estes valores pode causar danos permanentes. A tensão reversa (V_R) é especificada em 5V. A corrente direta (I_F) tem um valor máximo de 100mA. A dissipação de potência (P_D) é classificada em 100mW. A gama de temperatura de operação vai de -40°C a +85°C, enquanto a gama de temperatura de armazenamento se estende de -40°C a +100°C. A temperatura de soldadura deve ser gerida cuidadosamente, com um pico de 260°C durante 10 segundos, de acordo com o perfil de reflow sem chumbo.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Os parâmetros de desempenho-chave são tipicamente medidos a I_F=20mA e Ta=25°C. A tensão direta (V_F) é tipicamente 1.35V. A intensidade radiante (I_e) é especificada com um valor mínimo, definindo a potência óptica de saída. O comprimento de onda de emissão de pico (λ_p) está centrado no espectro infravermelho, tipicamente em torno de 940nm, o que se alinha perfeitamente com a sensibilidade máxima dos recetores comuns de silício. A largura de banda espectral (meia-largura) também é definida, indicando a gama de comprimentos de onda emitidos. O ângulo de visão é determinado pelo design da lente de topo plano, proporcionando um padrão de radiação específico adequado para aplicações direcionadas.

3. Explicação do Sistema de Binning

O número de peça HIR25-21C/L423/TR8 incorpora uma estrutura de binning para garantir desempenho consistente. Embora a ficha técnica forneça um guia geral de seleção indicando material do chip GaAlAs e lente transparente, os bins específicos para parâmetros como comprimento de onda de pico (HUE) e intensidade radiante (CAT) são geridos durante a produção. Os clientes recebem peças dentro de faixas de tolerância especificadas para estes parâmetros-chave, garantindo que o dispositivo funcionará conforme exigido no seu circuito e aplicação específicos. Os códigos 'L423' e 'TR8' dentro do número de peça referem-se, respetivamente, a bins de desempenho específicos e especificações de embalagem em fita e carretel.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características que fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo para além dos dados tabulares.

4.1 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Esta curva ilustra a relação entre a corrente que flui através do LED e a tensão nos seus terminais. Mostra tipicamente uma relação exponencial, com uma tensão de "joelho" definida. A característica de baixa tensão direta deste LED é confirmada visualmente aqui, mostrando que ele começa a conduzir significativamente a uma tensão mais baixa em comparação com algumas alternativas, o que é benéfico para projetos de circuitos de baixa tensão.

4.2 Intensidade Radiante vs. Corrente Direta

Este gráfico mostra a saída óptica (intensidade radiante) em função da corrente de acionamento. Demonstra tipicamente uma relação linear dentro da gama de corrente operacional recomendada, confirmando que a saída de luz é diretamente proporcional à corrente. Esta linearidade é crucial para aplicações que requerem sinais modulados, como na transmissão de dados por infravermelhos.

4.3 Intensidade Radiante vs. Temperatura Ambiente

Esta curva descreve como a potência óptica de saída diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta. Como todos os LEDs, a eficiência deste emissor infravermelho diminui com o aumento da temperatura. Compreender esta derating é crítica para projetar sistemas que operem de forma fiável em toda a gama de temperatura, especialmente em ambientes de alta temperatura. Pode ser necessário um gerenciamento térmico adequado em aplicações de alta potência ou alta temperatura para manter uma saída consistente.

4.4 Distribuição Espectral

Um gráfico de distribuição espectral mostra a potência radiante relativa emitida em diferentes comprimentos de onda. Exibirá um pico claro no comprimento de onda nominal (ex.: 940nm) com uma forma e meia-largura características. Esta visualização confirma o bom casamento espectral com fotodetetores de silício, cuja curva de responsividade tem o pico na mesma região do infravermelho próximo.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Pacote

O LED tem uma pegada muito compacta. As dimensões do pacote são 2.0mm de comprimento, 1.25mm de largura e 0.8mm de altura (valores nominais). Desenhos mecânicos detalhados fornecem todas as dimensões críticas, incluindo espaçamento dos terminais, posições das pistas e geometria da lente. As tolerâncias para a maioria das dimensões são de ±0.1mm, salvo indicação em contrário. O ânodo e o cátodo estão claramente marcados no pacote para uma correta identificação da polaridade durante a montagem.

5.2 Layout Recomendado das Pistas (Pad Layout)

É fornecido um padrão de pistas (footprint) sugerido para o projeto de PCB. Isto inclui recomendações de tamanho e espaçamento das pistas para garantir soldadura fiável e estabilidade mecânica. A ficha técnica nota explicitamente que isto é apenas para referência, e os projetistas devem modificar as dimensões das pistas com base nas suas capacidades específicas de fabrico de PCB e requisitos de aplicação, como considerações de stress térmico ou mecânico.

5.3 Dimensões da Fita Portadora (Carrier Tape)

O dispositivo é fornecido em fita portadora embutida (embossed) para montagem automatizada pick-and-place. A largura da fita é de 8mm. São fornecidas dimensões detalhadas para a cavidade que aloja o LED, o espaçamento entre cavidades (pitch) e o posicionamento dos furos de arrasto. Cada carretel contém 2000 peças (PCS).

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Sensibilidade à Humidade e Armazenamento

Os LEDs são embalados num saco à prova de humidade com dessecante. O saco não deve ser aberto até que os componentes estejam prontos para uso. Após a abertura, os LEDs devem ser armazenados a 30°C ou menos e 60% de humidade relativa ou menos. Devem ser utilizados dentro de 168 horas (7 dias) após a abertura do saco. Se o tempo de armazenamento for excedido ou se o dessecante indicar absorção de humidade, é necessário um tratamento de secagem (baking) a 60 ± 5°C durante 24 horas antes da utilização, para prevenir o "efeito pipoca" (popcorning) durante a soldadura por reflow.

6.2 Perfil de Soldadura por Reflow

É recomendado um perfil de temperatura de soldadura por reflow sem chumbo. Os parâmetros-chave incluem uma fase de pré-aquecimento, um aumento gradual da temperatura, uma temperatura de pico não superior a 260°C e um tempo acima do líquido (tipicamente 217°C) de 30-60 segundos. A temperatura de pico deve ser mantida por um máximo de 10 segundos. A soldadura por reflow não deve ser realizada mais de duas vezes no mesmo dispositivo para evitar danos térmicos no pacote de plástico e no chip semicondutor.

6.3 Soldadura Manual e Retrabalho

Se for necessária soldadura manual, deve ter-se extremo cuidado. A temperatura da ponta do ferro de soldar deve estar abaixo de 350°C, e o tempo de contacto por terminal deve ser limitado a 3 segundos ou menos. Recomenda-se um ferro de baixa potência (25W ou menos). Deve ser permitido um intervalo de arrefecimento de pelo menos 2 segundos entre a soldadura dos dois terminais. A reparação após a soldadura é fortemente desencorajada. Se for inevitável, deve ser utilizado um ferro de soldar de dupla cabeça especializado para aquecer simultaneamente ambos os terminais, prevenindo o stress térmico de levantar uma pista enquanto a outra ainda está soldada. O potencial de dano durante o retrabalho é elevado e deve ser avaliado previamente.

7. Informações de Embalagem e Encomenda

A embalagem padrão é de 2000 peças por carretel de 7 polegadas em fita portadora de 8mm de largura. O número de peça HIR25-21C/L423/TR8 encapsula a série do produto, os bins de desempenho específicos e o tipo de embalagem. As etiquetas no carretel incluirão o Número de Peça (P/N), Número de Lote (LOT No), Quantidade (QTY), Comprimento de Onda de Pico (HUE), Classificação (CAT) e Nível de Sensibilidade à Humidade (MSL-X).

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Sensor Infravermelho Montado em PCB:O LED é utilizado como fonte de luz em sensores de proximidade, deteção de objetos e robôs seguidores de linha. É frequentemente emparelhado com um fototransístor ou fotodíodo. Um resistor limitador de corrente é absolutamente obrigatório em série com o LED para prevenir danos por sobrecorrente, uma vez que a tensão direta do LED tem um coeficiente de temperatura negativo e não é um limitador de corrente fiável.

Controlo Remoto por Infravermelhos:Para controlos remotos com requisitos de alta potência, este LED pode fornecer intensidade radiante suficiente para maior alcance ou através de obstáculos. É tipicamente acionado com correntes pulsadas superiores à classificação DC contínua (ex.: pulsos de 100mA) para alcançar rajadas de luz brilhantes para transmissão de dados.

Scanners e Sistemas Aplicados de Infravermelhos:Utilizado em leitores de código de barras, sistemas de reconhecimento de gestos e codificadores ópticos.

8.2 Considerações de Projeto

Acionamento de Corrente:Utilize sempre um resistor em série ou um driver de corrente constante. O valor do resistor é calculado como R = (V_fonte- V_F) / I_F.

Gestão Térmica:Embora o pacote seja pequeno, a operação contínua a correntes elevadas em ambientes de alta temperatura pode levar a sobreaquecimento e redução da vida útil. Garanta área de cobre adequada na PCB ou vias térmicas, se necessário.

Alinhamento Óptico:A lente de topo plano proporciona um padrão de feixe específico. Para um acoplamento ideal com um recetor, considere o posicionamento relativo e quaisquer lentes ou aberturas necessárias.

Proteção contra ESD:Embora não seja explicitamente declarado como sensível nesta ficha técnica, manusear todos os dispositivos semicondutores com precauções contra ESD é uma boa prática.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Os principais fatores diferenciadores do HIR25-21C/L423/TR8 são o seuperfil ultrabaixo de 0.8mm, que é mais fino do que muitos LEDs SMD padrão, e a sualente transparente de topo plano. Em comparação com lentes abauladas, o topo plano pode oferecer um padrão de radiação mais focado ou com forma diferente, o que pode ser benéfico em aplicações de sensoriamento específicas onde a luz precisa de ser direcionada de uma forma particular. A baixa tensão direta contribui para a eficiência energética. O uso de material GaAlAs e o binning preciso garantem um excelente e consistente casamento com detetores de silício, o que pode melhorar a relação sinal-ruído em sistemas de sensores em comparação com LEDs com espectros mais amplos ou desencontrados.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Por que é obrigatório um resistor em série?

R: A curva I-V de um LED é exponencial. Um pequeno aumento na tensão além do ponto de joelho causa um aumento muito grande, potencialmente destrutivo, na corrente. Um resistor fornece uma relação linear entre a tensão da fonte e a corrente, estabilizando o ponto de operação.

P: Posso acionar este LED com pulsos superiores a 100mA?

R: Possivelmente, mas apenas sob condições pulsadas específicas (baixo ciclo de trabalho, curta largura de pulso) conforme definido pelas curvas de derating, que não são fornecidas neste excerto. Exceder o valor máximo absoluto em qualquer condição arrisca danos imediatos.

P: O que significa "casamento espectral com fotodetector de Si"?

R: Significa que o comprimento de onda de pico e a largura espectral da luz emitida pelo LED se alinham estreitamente com a região de sensibilidade máxima de um fotodíodo ou fototransístor de silício padrão. Isto maximiza o sinal elétrico gerado pelo detetor para uma dada potência óptica, melhorando a eficiência e o alcance do sistema.

P: Quão crítico é o prazo de 7 dias após a abertura do saco?

R: Muito crítico se os dispositivos forem passar por soldadura por reflow. A humidade absorvida pode vaporizar-se durante o processo de reflow de alta temperatura, causando delaminação interna ou fissuras ("efeito pipoca"). Se o prazo for excedido, é necessária secagem (baking).

11. Exemplos Práticos de Utilização

Caso 1: Interruptor de Deteção de Objetos sem Contacto.O LED é montado num lado de uma abertura, e um fototransístor é montado em frente. Um objeto que passe pela abertura interrompe o feixe infravermelho, causando uma alteração na saída do fototransístor. O baixo perfil permite que este sensor seja integrado em dispositivos muito finos. O comprimento de onda consistente garante um acionamento fiável através de variações de temperatura.

Caso 2: Controlo Remoto de TV Aprimorado.Um projetista precisa de um controlo remoto que funcione a ângulos mais amplos ou através de ligeiros obstáculos. Usar este LED com um acionamento de corrente pulsada mais elevada pode fornecer maior intensidade radiante do que um LED IR padrão, melhorando o desempenho. A lente plana também pode ajudar a dispersar a luz de forma ligeiramente diferente para uma cobertura mais ampla.

Caso 3: Codificador Óptico Miniaturizado.Num pequeno codificador rotativo, o LED e o detetor são colocados em lados opostos de um disco codificado. O pacote fino de 0.8mm é crucial para caber na montagem mecânica apertada do codificador. O bom casamento espectral garante um sinal digital limpo do detetor à medida que o disco roda.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

Um Diodo Emissor de Luz Infravermelha (LED IR) é um díodo de junção p-n semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, os eletrões da região tipo-n e as lacunas da região tipo-p são injetados na região da junção. Quando estes portadores de carga se recombinam, a energia é libertada. No material GaAlAs utilizado aqui, esta energia corresponde a um fotão no espectro infravermelho (tipicamente em torno de 940nm de comprimento de onda). A composição específica dos átomos de Gálio, Alumínio e Arsénio determina a energia da banda proibida e, consequentemente, o comprimento de onda da luz emitida. O pacote de epóxi transparente encapsula o chip, fornece proteção mecânica e a superfície de topo plano atua como uma lente primária para moldar o padrão de radiação da luz emitida.

13. Tendências e Desenvolvimentos Tecnológicos

A tendência nos LEDs infravermelhos SMD continua em direção amaior eficiência(mais saída radiante por watt elétrico de entrada),tamanhos de pacote mais pequenospara dispositivos cada vez mais compactos, efiabilidade aumentadasob condições adversas. Há também desenvolvimento na criação de LEDs com saídas espectrais específicas e estreitas para aplicações de sensoriamento avançadas e na integração de múltiplos emissores (ex.: diferentes comprimentos de onda) num único pacote. A procura por menor consumo de energia em dispositivos IoT alimentados por bateria impulsiona a redução da tensão direta e o aumento da eficiência. Além disso, os avanços em materiais de encapsulamento visam melhorar o desempenho térmico e a resistência à humidade, potencialmente relaxando alguns dos requisitos rigorosos de manuseamento.